cardiotomskСибирский журнал клинической и экспериментальной медициныSiberian Journal of Clinical and Experimental Medicine2713-29272713-265XTSU publishing10.29001/2073-8552-2019-34-2-129-137cardiotomsk-771Research ArticleЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯEXPERIMENTAL STUDIESБИОДЕГРАДИРУЕМЫЙ СОСУДИСТЫЙ ПРОТЕЗ, МОДИФИЦИРОВАННЫЙ RGD-ПЕПТИДАМИ: ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕBIODEGRADABLE VASCULAR GRAFT MODIFIED BY RGD-PEPTIDES: EXPERIMENTAL RESEARCHhttps://orcid.org/0000-0002-2500-2147КривкинаЕ. О.KrivkinaE. O.

младший научный сотрудник лаборатории клеточных технологий отдела экспериментальной и клинической кардиологии

650002, Российская Федерация, Кемерово, Сосновый б-р, 6

Junior Research Scientist, Laboratory of Cell Technologies, Department of Experimental and Clinical Cardiology

6, Sosnoviy buvl., Kemerovo, 650002, Russian Federation

leonora92@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7100-8953СильниковВ. Н.SilnikovV. N.

д-р хим. наук, заведующий лабораторией органического синтеза

630090, Российская Федерация, Новосибирск, пр. Ак. Лаврентьева, 8

Dr. Sci. (Chem.), Head of the Laboratory of Organic Synthesis

8, Lavrentiev ave., Novosibirsk, 630090, Russian Federation

v.silnikov@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8846-5077МироновА. В.MironovA. V.

младший научный сотрудник лаборатории клеточных технологий отдела экспериментальной и клинической кардиологии

650002, Российская Федерация, Кемерово, Сосновый б-р, 6

Junior Research Scientist, Laboratory of Cell Technologies, Department of Experimental and Clinical Cardiology

6, Sosnoviy buvl., Kemerovo, 650002, Russian Federation

miroav@kemcardio.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1079-1956ВеликановаЕ. А.VelikanovaE. A.

канд. биол. наук, научный сотрудник лаборатории клеточных технологий отдела экспериментальной и клинической кардиологии

650002, Российская Федерация, Кемерово, Сосновый б-р, 6

Cand. Sci. (Biol.), Research Scientist, Laboratory of Cell Technologies, Department of Experimental and Clinical Cardiology

6, Sosnoviy buvl., Kemerovo, 650002, Russian Federation

veliea@kemcardio.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9430-937XСенокосоваЕ. А.SenokosovaE. A.

младший научный сотрудник лаборатории клеточных технологий отдела экспериментальной и клинической кардиологии

650002, Российская Федерация, Кемерово, Сосновый б-р, 6

Junior Research Scientist, Laboratory of Cell Technologies, Department of Experimental and Clinical Cardiology

6, Sosnoviy buvl., Kemerovo, 650002, Russian Federation

sergea@kemcardio.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4114-505XГлушковаТ. В.GlushkovaT. V.

канд. биол. наук, научный сотрудник лаборатории новых биоматериалов отдела экспериментальной и клинической кардиологии

650002, Российская Федерация, Кемерово, Сосновый б-р, 6

Cand. Sci. (Biol.), Research Scientist, Laboratory of New Biomaterials, Department of Experimental and Clinical Cardiology

6, Sosnoviy buvl., Kemerovo, 650002, Russian Federation

 

glushtv@kemcardio.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0033-9376АкентьеваТ. Н.AkentievaT. N.

младший научный сотрудник лаборатории новых биоматериалов отдела экспериментальной и клинической кардиологии

650002, Российская Федерация, Кемерово, Сосновый б-р, 6

Junior Research Scientist, Laboratory of New Biomaterials, Department of Experimental and Clinical Cardiology

6, Sosnoviy buvl., Kemerovo, 650002, Russian Federation

akentn@kemcardio.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6134-7468КудрявцеваЮ. А.KudryavtsevaYu. A.

д-р биол. наук, заведующая отделом экспериментальной и клинической кардиологии

650002, Российская Федерация, Кемерово, Сосновый б-р, 6

Dr. Sci. (Biol.), Head of the Department of Experimental and Clinical Cardiology

6, Sosnoviy buvl., Kemerovo, 650002, Russian Federation

 

kudrua@kemcardio.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8874-0788АнтоноваЛ. В.AntonovaL. V.

д-р мед. наук, заведующая лабораторией клеточных технологий отдела экспериментальной и клинической кардиологии

650002, Российская Федерация, Кемерово, Сосновый б-р, 6

Dr. Sci. (Med.), Head of the Laboratory of Cell Technologies, Department of Experimental and Clinical Cardiology

6, Sosnoviy buvl., Kemerovo, 650002, Russian Federation

antonova.la@mail.ruНаучно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеванийРоссияResearch Institute for Complex Issues of Cardiovascular DiseasesRussian FederationИнститут химической биологии и фундаментальной медициныРоссияInstitute of Chemical Biology and Fundamental MedicineRussian Federation201911072019342129137Copyright © Кривкина Е.О., Сильников В.Н., Миронов А.В., Великанова Е.А., Сенокосова Е.А., Глушкова Т.В., Акентьева Т.Н., Кудрявцева Ю.А., Антонова Л.В., 20192019Кривкина Е.О., Сильников В.Н., Миронов А.В., Великанова Е.А., Сенокосова Е.А., Глушкова Т.В., Акентьева Т.Н., Кудрявцева Ю.А., Антонова Л.В.Krivkina E.O., Silnikov V.N., Mironov A.V., Velikanova E.A., Senokosova E.A., Glushkova T.V., Akentieva T.N., Kudryavtseva Y.A., Antonova L.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.sibjcem.ru/jour/article/view/771

Цель исследования: изучить эффективность модифицирования RGD-пептидами биодеградируемых сосудистых протезов малого диаметра в зависимости от вида линкера и конфигурации RGD.Материал и методы. Изготовлены трубчатые каркасы диаметром 1,5 и 4,0 мм методом электроспининга из полигидроксибутирата/валерата (PHBV) и поликапролактона (PCL). Проведена модификация графтов PHBV/PCL RGD-пептидами. В экспериментах in vitro исследованы степень гемолиза эритроцитов и адгезия тромбоцитов и эндотелиальных клеток при контакте с модифицированной поверхностью. Изучены физико-механические свойства и структура поверхности графтов до и после модифицирования. Сосудистые протезы PHBV/PCL и PHBV/PCL/RGD имплантированы в брюшную аорту крыс сроком на 1 и 3 мес. Проведено изучение эксплантированных образцов с помощью конфокальной микроскопии и гистологических методов исследования.Результаты. Результаты физико-механических испытаний показали статистически значимое снижение прочностных свойств PHBV/PCL/RGD графтов относительно немодифицированных аналогов. Обнаружено статистически значимое повышение уровня агрегации тромбоцитов на модифицированных графтах. Уровень адгезии эндотелиальных клеток на поверхности модифицированных матриксов был больше, чем на немодифицированных. Краткосрочная имплантация графтов на 1 и 3 мес. показала, что модифицированные графты обладали более высокой проходимостью и меньшей склонностью к кальцификации в сравнении с немодифицированными аналогами. Иммунофлуоресцентное исследование определило явное превосходство модифицированных сосудистых графтов в плане стимулирования формирования зрелого эндотелиального монослоя. Выявлено, что более длинный линкер 4,7,10-триокса-1,13-тридекандиамин увеличивает биодоступность RGD-пептидов, а использование для модифицирования поверхности графтов RGDK и c[RGDFK] стимулирует раннюю эндотелизацию внутренней поверхности имплантатов и снижает склонность к кальцификации стенки протезов, что в совокупности повышает проходимость имплантированных протезов.Заключение. В ходе краткосрочной имплантации биодеградируемых сосудистых протезов, модифицированных RGD-пептидами, графты с RGDK и с[RGDFK], прикрепленными к поверхности протезов через линкер 4,7,10-триокса-1,13-тридекандиамин, показали лучшие результаты в плане адгезии и поддержания жизнеспособности эндотелиальных клеток in vitro и эндотелизации in vivo, обладали высокой проходимостью после имплантации в сосудистое русло мелких лабораторных животных и меньшей склонностью к кальцификации.

Research goals. To study the effectiveness of RGD-peptide modification of the small-diameter biodegradable vascular grafts depending on the type of a linker and RGD configuration.Material and Methods. Tubular scaffolds with a diameter of 1.5 and 4.0 mm were produced by electrospinning from polyhydroxybutyrate/valerate (PHBV) and polycaprolactone (PCL). The PHBV/PCL grafts were modified with RGD peptides. In vitro experiments showed the degree of erythrocyte hemolysis and adhesion of the platelets and endothelial cells when in contact with a modified surface. The physico-mechanical properties and the structure of graft surface were studied before and after modification. The PHBV/PCL and PHBV/PCL/RGD vascular grafts were implanted into the abdominal aorta of rats for the periods of 1 and 3 months. Explant samples were studied using confocal microscopy and histological methods.Results. The results of physical and mechanical tests showed a significant decrease in the strength properties of the PHBV/PCL/RGD grafts relative to the unmodified analogs. A significant increase in platelet aggregation was found in the modified grafts. The level of adhesion of the endothelial cells on the modified surfaces was higher than that on the unmodified surfaces. Shortterm implantation of the grafts for 1 and 3 months showed that the modified grafts had higher patency and a less tendency to calcification compared with the unmodified grafts. Immunofluorescence study demonstrated the significant superiority of the modified vascular grafts in terms of stimulating the formation of a mature endothelial monolayer. A longer linker of 4,7,10-trioxa-1,13-tridecane diamine was found to increase the bioavailability of RGD peptides; the use of RGDK and c[RGDFK] for surface modification of the grafts stimulated early endothelialization of the internal surface of the implants and reduced the prosthetic wall calcification tendency, which together increased the patency of the implanted grafts.Conclusion. In short-term implantation of biodegradable vascular grafts modified with RGD peptides, the grafts with RGDK and c[RGDFK], attached to the surface of the prostheses through the 4,7,10-triox-1,13-tridecane diamine linker, showed the best results in terms of endothelial adhesion and maintenance of the viability of the endothelial cells in vitro and endothelialization in vivo; these grafts had high patency after implantation into the bloodstream of small laboratory animals and a less tendency to calcification.

биодеградируемые сосудистые протезыэлектроспиннингRGD-пептидыbiodegradable vascular graftselectrospinningRGD-peptidesReferencesБокерия Л.А., Милевская Е.Б., Кудзоева З.Ф., Прянишников В.В. Сердечно-сосудистая хирургия – 2017. Болезни и врожденные аномалии системы кровообращения. М.: НМИЦССХ им. А.Н. Бакулева МЗ РФ; 2018:252.Bokeria L.A., Milevskaya E.B., Kudzoeva Z.F., Pryanishnikov V.V. Cardiovascular Surgery 2017. Diseases and congenital malformations of the circulatory system. Moscow: NIMISSH named after A.N. Bakulev Ministry of Health of the Russian Federation; 2018:252 (In Russ.).Taggart D.P. Current status of arterial grafts for coronary artery bypass grafting. Annals of Cardiothoracic Surgery. 2013;2(4):427–430. DOI: 10.3978/j.issn.2225-319X.2013.07.21.Taggart D.P. Current status of arterial grafts for coronary artery bypass grafting. Annals of Cardiothoracic Surgery. 2013;2(4):427430. DOI: 10.3978/j.issn.2225-319X.2013.07.21.Fisher M.B., Mauck R.L. Tissue engineering and regenerative medicine: recent innovations and the transition to translation. Tissue Engineering Part B Reviews. 2013;19(1):1–13. DOI: 10.1089/ten.TEB.2012.0723.Fisher M.B., Mauck R.L. Tissue engineering and regenerative medicine: recent innovations and the transition to translation. Tissue Engineering Part B Reviews. 2013;19(1):1–13. DOI: 10.1089/ten.TEB.2012.0723.Ren X., Feng Y., Guo J., Wang H., Li Q., Yang J., et al. Surface modification and endothelialization of biomaterials as potential scaffolds for vascular tissue engineering applications. Chemical Society Reviews. 2015;44(15):5680–5742. DOI: 10.1039/c4cs00483c.Ren X., Feng Y., Guo J., Wang H., Li Q., Yang J., et al. Surface modification and endothelialization of biomaterials as potential scaffolds for vascular tissue engineering applications. Chemical Society Reviews. 2015;44(15):5680–5742. DOI: 10.1039/c4cs00483c.Wang F., Li Y., Shen Y., Wang A., Wang S., Xie T. The functions and applications of RGD in tumor therapy and tissue engineering. International Journal of Molecular Sciences. 2013;14(7):13447–13462. DOI: 10.3390/ijms140713447.Wang F., Li Y., Shen Y., Wang A., Wang S., Xie T. The functions and applications of RGD in tumor therapy and tissue engineering. International Journal of Molecular Sciences. 2013;14(7):13447–13462. DOI: 10.3390/ijms140713447.Aye S.S., Li R., Boyd-Moss M., Long B., Pavuluri S., Bruggeman K., et al. Scaffolds formed via the non-equilibrium supramolecular assembly of the synergistic ECM peptides RGD and PHSRN demonstrate improved cell attachment in 3D. Polymers. 2018;10(7):690. DOI: 10.3390/polym10070690.Aye S.S., Li R., Boyd-Moss M., Long B., Pavuluri S., Bruggeman K., et al. Scaffolds formed via the non-equilibrium supramolecular assembly of the synergistic ECM peptides RGD and PHSRN demonstrate improved cell attachment in 3D. Polymers. 2018;10(7):690. DOI: 10.3390/polym10070690.Harburger D.S., Calderwood D.A. Integrin signaling at a glance. J. Cell Sci. 2009;122(2):159–163. DOI: 10.1242/jcs.018093.Harburger D.S., Calderwood D.A. Integrin signaling at a glance. J. Cell Sci. 2009;122(2):159–163. DOI: 10.1242/jcs.018093.Liu H., Li X., Niu X., Zhou G., Li P., Fan Y. Improved hemocompatibility and endothelialization of vascular grafts by covalent immobilization of sulfated silk fibroin on poly (lactic-co-glycolic acid) scaffolds. Biomacromolecules. 2011;12(8):2914–2924. DOI: 10.1021/bm200479f.Liu H., Li X., Niu X., Zhou G., Li P., Fan Y. Improved hemocompatibility and endothelialization of vascular grafts by covalent immobilization of sulfated silk fibroin on poly (lactic-co-glycolic acid) scaffolds. Biomacromolecules. 2011;12(8):2914–2924. DOI: 10.1021/bm200479f.Gabriel M., van Nieuw Amerongen G.P., van Hinsbergh V.W., Amerongen A.V., Zentner A. Direct grafting of RGD-motif-containing peptideon the surface of polycaprolactone films. J. Biomater. Sci. Polym. Ed. 2006;17(5):567–577.Gabriel M., van Nieuw Amerongen G.P., van Hinsbergh V.W., Amerongen A.V., Zentner A. Direct grafting of RGD-motif-containing peptideon the surface of polycaprolactone films. J. Biomater. Sci. Polym. Ed. 2006;17(5):567–577.Lin H.B., Cooper S.L. Synthesis and Cell-Adhesion Properties of Polyurethanes Containing Covalently Grafted RGD-Peptides. Advanced Biomaterials in Biomedical Engineering and Drug Delivery Systems. 1996:198–202.Lin H.B., Cooper S.L. Synthesis and Cell-Adhesion Properties of Polyurethanes Containing Covalently Grafted RGD-Peptides. Advanced Biomaterials in Biomedical Engineering and Drug Delivery Systems. 1996:198–202.Parniak M.A., Lange G., Viswanatha T. Quantitative determination of monosubstituted guanidines: a comparative study of different procedures. J. Biochem. Biophys. Methods. 1983;7(4):267–276.Parniak M.A., Lange G., Viswanatha T. Quantitative determination of monosubstituted guanidines: a comparative study of different procedures. J. Biochem. Biophys. Methods. 1983;7(4):267–276.Arimura S., Kawahara K., Biswas K.K., Abeyama K., Tabata M., Shimoda T., et al. Hydroxyapatite formed on/in agarose gel induces activation of blood coagulation and platelets aggregation. Journal of Biomedical Materials Research Part B: Applied Biomaterials. 2007;81(2):456–461.Arimura S., Kawahara K., Biswas K.K., Abeyama K., Tabata M., Shimoda T., et al. Hydroxyapatite formed on/in agarose gel induces activation of blood coagulation and platelets aggregation. Journal of Biomedical Materials Research Part B: Applied Biomaterials. 2007;81(2):456–461.Jung F., Braune S., Lendlein A. Haemocompatibility testing of biomaterials using human platelets. Clin. Hemorheol. Microcirc. 2013;53(12):97–115. DOI: 10.3233/CH-2012-1579.Jung F., Braune S., Lendlein A. Haemocompatibility testing of biomaterials using human platelets. Clin. Hemorheol. Microcirc. 2013;53(12):97–115. DOI: 10.3233/CH-2012-1579.Matveeva V., Khanova M., Sardin E., Antonova L., Barbarash O. Endovascular interventions permit isolation of endothelial colony-forming cells from peripheral blood. International Journal of Molecular Sciences. 2018;19(11):34–53. DOI: 10.3390/ijms19113453.Matveeva V., Khanova M., Sardin E., Antonova L., Barbarash O. Endovascular interventions permit isolation of endothelial colony-forming cells from peripheral blood. International Journal of Molecular Sciences. 2018;19(11):34–53. DOI: 10.3390/ijms19113453.Shen X., Su F., Dong J., Fan Z., Duan Y., Li S. In vitro biocompatibility evaluation of bioresorbable copolymers prepared from L-lactide, 1, 3-trimethylene carbonate and glycolide for cardiovascular applications. Journal of Biomaterials Science, Polymer Edition. 2015;26(8):497–514. DOI: 10.1080/09205063.2015.1030992.Shen X., Su F., Dong J., Fan Z., Duan Y., Li S. In vitro biocompatibility evaluation of bioresorbable copolymers prepared from L-lactide, 1, 3-trimethylene carbonate and glycolide for cardiovascular applications. Journal of Biomaterials Science, Polymer Edition. 2015;26(8):497–514. DOI: 10.1080/09205063.2015.1030992.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.